水利水电施工中施工导流和围堰技术

胡乐飞

（东阿县欣源水利工程有限公司，山东东阿 252200）

0.引言

水利水电工程是我国基本的民生工程之一，它不仅保障了我国居民的生产生活，更起到了平衡水资源分布、调节洪涝灾害的作用，切实提升我国水利水电工程的建筑质量，对我国未来长期的建设与发展是至关重要的大事，所以掌握水利水电施工中施工导流和围堰技术操作要点，才能实现良好的施工效果。

1.水利水电施工导流中的围堰技术常见施工方法

1.1 分段围堰法

分段围堰法应用范围较为广泛，又被称为“分期围堰”，主要是通过设置围堰，将目标水工建筑物分段、分期“围起来”，以防水工建筑物受到水流侵袭[1]。分段围堰法应用时，所划分的段数越多围堰相关工程量便越大，施工复杂度也随之提升。多适用于宽阔程度较大，轻易不允许断航的河道。现阶段，分段围堰的具体方式包括两段两期形式、三段两期形式、三段三期形式。如图1 所示，为这些围堰形式的示意图。

图 1 不同分段围堰形式示意图

采用分段围堰法进行导流时，在工程前期，一般借助比较狭窄、具有较强约束力的原有河道发挥导流作用；进入工程后期之后，将导流方式渠道从原有河道向新修建的泄水道转化[2]。具体的方式分为底孔导流、坝体缺口导流、明槽导流三种类型。受篇幅所限，本文仅选择底孔导流方式进行分析。具体来说：施工人员需要在混凝土坝体内提前修好底孔。这种底孔既可以临时存在，也可以永久存在。在导流时，可以根据水利水电工程、水工建筑物的实际需要，灵活调整经过混凝土坝体底孔的水流量。通过这种方式，可以确保相关施工不会陷入停滞状态。另一个优点是：由于挡水建筑物上方区域的施工几乎不会受到水流的干扰，在保证施工连续性的同时，还可以为修建高坝创造出良好的条件。总体来看，在坝体预先设置用于导流的“永久底孔”，那么导流效果会达到最佳。但需要注意，底孔导流方式同样存在缺点。比如设置在坝体内的底孔如果是“临时底孔”，那么为了修建坝体而消耗的钢材料总量会增加；又因为临时底孔的存在，会对后续封堵作业造成一定的困难，进而在一定程度上削弱堤坝的整体性，甚至造成漏水。不仅如此，在导流期间，底孔极有可能被一些漂浮物堵塞，进而引发危机。如图2 所示为底孔导流方法的应用效果图。图中左侧（a）是平面视角，右侧上方（b）是下游立视图，右侧下方（c）是导流底孔纵断面图。图2 中的蓝色线圈标定位置是“围堰的预留缺口”，红色线圈标定的位置便是“导流底孔”。

图 2 分段围堰导流方法中底孔导流法的效果图

1.2 全段围堰法

全段围堰是在水利水电工程（河床主体工程）的上游、下游选择合适位置后，分别修建一道用于“拦河”的围堰。在出现特殊情况时，能够控制水流通过“非河床渠道（如临时泄水道、永久泄水建筑物等）”向下游流动，避免在施工期间对水流经过区域的水工建筑物造成冲击。当水利水电工程的主体部分临近竣工或已经竣工之后，保留永久泄水设施，封堵临时泄水道。全段围堰导流技术的应用原理是：施工人员在水利水电工程（河床主体工程）的上游、下游选择合适位置后，分别修建一道用于“拦河”的围堰。这样做的目的在于：在出现特殊情况时，能够控制水流通过“非河床渠道（如临时泄水道、永久泄水建筑物等）”向下游流动，避免在施工期间对水流经过区域的水工建筑物造成冲击。当水利水电工程的主体部分临近竣工或已经竣工之后，保留永久泄水设施，封堵临时泄水道。与分段围堰法一样，全段围堰法同样包括三种类型，分别是隧洞导流、明渠导流、涵管导流。本文选择涵管导流展开分析。这种涵管导流技术的应用原理是：①主要应用于在河道附近修建土坝、堆石坝的水利水电工程中。②施工人员需要在河岸岩滩上选择合适的位置，之后将涵管布置于此。一般情况下，“合适的位置”必须高于枯水位。如果采用这种方法，必须考虑到的一个问题是：受涵管泄水当量较差的影响，故涵管导流不能应用于导流流量较大的河流上。因此，这种方式应该作为其他导流方式的辅助、补充方式，如只承担河流枯水期的导流任务。

2.水利水电施工导流中围堰技术的运用要点

2.1 施工准备与围堰设计

2.1.1 施工准备

围堰技术应用于水利水电施工导流期间，应重视施工准备成效。无论是初期参数设计还是后期清淤支护事项，都应提前安排技术员与施工负责人前往现场实施勘察，组织技术员先期完成测量放线任务，确定好围堰施工位置以及辅助水利设施的安装点位，为各工序的落实奠定基础。而且还要召开技术方案研讨会，引导施工员明晰围堰技术的应用要求，即建设具备抗冲击性、高强度且结构简单的围堰设施。需注意的是，技术员在现场放样中，可借助全站仪、钢尺等工具，以5m 作为测量间距，并使用竹竿对围堰中心线进行标记，其桩位应设置在中心线外移2m 处。

2.1.2 围堰设计

为充分发挥围堰技术的实践价值，应在水利水电工程施工初期做好技术准备工作，并制定可行性围堰技术方案。其中在围堰设计环节，最关键的是优化设计围堰参数。常见参数涵盖高程、坡度、顶宽等。要求设计人员与施工员做好技术交底工作，引领施工员按照1m 以上的围堰顶宽开展填方工作，并且将围堰坡度控制在1:1.5 以内。为应对水流冲击力，还需增设提前准备好塑布材料。

本文以高程（H）设计为例进行深度阐述，以此在合理的参数设计中强化围堰结构性能。关于围堰技术运用中高程设计内容，应借鉴下列公式求值：

在公式（1）中，H 表示已经在河道上游或下游设置好的围堰顶部高程；h 表示围堰挡水时对应的静水位高度；hw表示河道水流的波浪高度（根据具体需求，波浪高度可以是最大波浪高度，也可以是平均波浪高度）；g 表示围堰的安全超高值。公式（1）同样适用于纵向围堰堰顶高程的计算，但使用该公式时需要额外注意：纵向围堰的堰顶高程应该尽量与束窄河段宣泄导流设计流量时的水面曲线相互匹配。在实际施工中发现，大多数情况下，纵向围堰顶面一般被设计成“阶梯状”或是“倾斜状”[3]。基于此，纵向围堰下游的围堰高程应该与上游围堰高程保持一致。

不过水围堰顶部的安全超高值下限值一般是固定值。比如土石围堰的级别如果是3 级，则对应的不过水围堰堰顶安全超高下限值为0.7 米；如果达到4 ～5 级时，安全超高下限值可降低至0.5 米。混凝土以及浆砌石围堰如果达到3 级标准，则安全超高下限值为0.4 米；如果达到4 ～5 级标准，安全超高下限值应该降低至0.3 米。

实例分析如下：某个大型混凝土坝枢纽工程中，选择流量较大的平原河道上修建围堰[4]。拟设计修建不过水土石围堰，级别为3 级。经过前期勘测后发现，该段河道的上游水位高度为136.65 米，该水位下的波浪爬升高度为0.56 米，下游水位的高度为129.25 米，下游波浪爬高高度为0.15 米。基于上述情况，应该采用分期围堰法完成土石围堰修建。由于预设目标是修建不过水围堰，因此，需要设定围堰顶安全加高值（按上文所述，取0.7 米）。最终计算出的上游围堰顶堰顶高程为136.65+0.56+0.7，得出的结果是137.91 米。采用同样的方法对下游围堰堰顶高程进行计算，代入相关参数后，最终得出的结果为130.10 米。

2.2 围堰填筑与挡水导流

2.2.1 围堰填筑技术

在应用围堰技术时，优化设计后将进入围堰填筑环节，此项技术具体以土包围堰、土石围堰作为填筑主体。施工员可以按照技术员事先设置好的竹竿标识确定填筑方位。通常在打桩填筑期间，要求使用装载淤泥等混合物的土包作为填筑材料，并且注重土包排列分布顺序，将桩体结构以0.3m 的间距均匀搭设，促使在土包填筑下，增加围堰结构稳定性。若选用土石围堰填筑材料，施工员应先行对围堰周边的杂物进行初步清理，之后利用抽水机清除围堰底部积水，而后将土石材料搭建成具有围堰保护功能的防护格挡，削弱水流冲击下对围堰结构的负面影响，深化水土建筑物干地施工效果。同时，在填筑环节还要加强防渗施工，如将预留桩孔直径设置在13cm 左右，最高25cm 的误差，以5cm 管径与10cm 间距铺设管道，促使整个围堰结构保持协调应力。

2.2.2 挡水导流技术

围堰施工中涉及的挡水导流技术，实则是为了优化围堰抗渗性，可按照下述公式确定导流水量：

其中η、V、T分别代表经验系数（取值范围：3-6）、围堰积水体积（m³）、初期导流排水时间（s）。

求值后可按照导流水量标准选择土包、塑料布等压脚材料，提升围堰结构的完整性。

2.3 围堰支护技术

2.3.1 木板桩支护

木板桩支护包含“单层”或“双层”形式。如图3 所示为两种形式的木板桩围堰示意图。具具体施工时，应将其厚度控制在5 ～15cm 之间，根据围堰围堰的长度决定——长度越大，木板厚度越大。若木板的厚度未超过8cm 时，应使用人字榫；在厚度超过8cm 时，使用凹凸榫。除此之外，在选择桩材时，应尽量选择质地良好，具有较强抗锤击性能的木材，并在制造板桩时采用机械加工方式完成，确保榫口质量达到标准。用于制作定位桩的材料通常是圆木，并以黏性土作为围堰填料。在实际施工时，围堰顶部的宽度如图3 所示，一般设定为1 ～2m（多为1m），填土外侧边坡坡率如上文所述，应尽量接近1 ∶1.5。

图 3 木板桩围堰示意图

2.2.2 钢板桩支护

钢板桩支护可按照图4 样式予以布置，同样可设置成单层或双层形式。于钢板桩支护作业中，施工员搬运起吊钢板桩时，应注意检查锁口是否出现损坏情况。此外，受自身重量影响，钢板桩很可能出现变形情况。因此，若钢板桩无法在短期内使用，应密封存放在干燥区域，定期检查是否出现变形及锁口内积水情况。如果原有钢板桩长度不足，需要接长时，必须选择强度相等的钢板桩，采用坚固夹具，首先对钢板接头进行焊接，之后对钢板整体进行焊接。组拼钢板桩时，应在锁口内加入适量防水混合料。在夹好夹具之后，还应在接缝处填充一些油灰和棉絮，防止接缝外露。

图 4 钢板桩围堰结构平面效果图

2.4 围堰清淤技术

按照上述技术要点有序施工后，需在收尾期应用清淤施工技术，即施工员应清理围堰施工现场周边淤泥，以此增加围堰稳固度。施工员可以借助挖掘机与运输工具，前往现场对河底、河岸中的淤泥实施清运处理，就此在施工员的有序清淤步骤下，减少围堰周边的淤泥量，既能增加河岸清洁度，又能提升土层承载力，促使围堰设施在水利水电工程建设中发挥出关键性作用，成为带有显著抗渗性与防护性的水利设施[5]。

3.结语

综上所述，导流范畴内的围堰技术，在实际应用中应从技术准备、施工设计、填筑、挡水导流、支护以及清淤要点方面着手，以此实现水利水电工程的高质量建设目标。